 |
Инструментальные средства обработки онтологий
|
|
|
|
ФОРМАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ОНТОЛОГИИ
Онтология состоит из терминов (понятий), их определений и атрибутов, а также связанных с ними аксиом и правил вывода.
Формальная модель онтологии O=<Т, R, F> — это упорядоченная тройка конечных множеств, где:
- Т — термины прикладной области (ПрО), которую описывает онтология O;
- R — отношения между терминами заданной ПрО;
- F — функции интерпретации, заданные на терминах и/или отношениях онтологии O.
Модели онтологий классифицируются таким образом:
- простые (имеют лишь концепты);
- на основе фреймов (имеют лишь концепты и свойства);
- на основе логик (например Ontolingua, DAML+OIL).
Отношения представляют тип взаимодействия между концептами ПрО1. Пример бинарного отношения — «является частью». Следует заметить, что отношения, которые целесообразно использовать при создании онтологии, значительно менее разнообразны, чем термины, и, как правило, не специфичны для конкретной ПрО («часть-целое», «является подклассом», «оказывает воздействие», «похоже на» и т. п.).
Аксиомы используются для моделирования утверждений, которые всегда являются истинными.
Между концептами могут быть установлены определенные виды связей. Словарь терминов в определенной прикладной области, тезаурус со своими понятиями (концептами) и связи, которые определяют термины естественного языка, могут рассматриваться как онтологии. Для установления связи между вербально определенными концептами и поиском концептов релевантных запросов используются методы получения информации. Известными примерами онтологии такого типа являются индексы поисковых машин информации в Интернет.
Для описания более сложных систем вводят такие понятия, как модель расширяемой онтологии.
|
|
|
ЯЗЫКИ ОПИСАНИЯ ОНТОЛОГИЙ
Для того чтобы реализовывать различные онтологии, необходимо разработать языки их представления, имеющие достаточную выразительную мощность и позволяющие пользователю избежать «низкоуровневых» проблем.
Ключевым моментом в проектировании онтологии является выбор соответствующего языка спецификации онтологий (Ontology specification language). Цель таких языков — дать возможность указывать дополнительную машинно-интерпретируемую семантику ресурсов, сделать машинное представление данных более похожим на положение вещей в реальном мире, существенно повысить выразительные возможности концептуального моделирования слабо структурированных Web-данных.
Распространение онтологического подхода к представлению знаний оказало содействие при создании разнообразных языков представления онтологии и инструментальных средств, предназначенных для их редактирования и анализа.
Существуют традиционные языки спецификации онтологий: Ontolingua, CycL, языки, основанные на дескриптивных логиках (такие как LOOM), языки, основанные на фреймах (OKBC, OCML, Flogic).
Более поздние языки основаны на Web-стандартах (XOL, SHOE, UPML). Специально для обмена онтологиями через Web были созданы RDF(S), DAML, OIL, OWL, которые будут рассмотрены далее.
В целом, различие между традиционными и Web-языками спецификации онтологии заключается в выразительных возможностях описания предметной области и некоторых возможностях механизма логического вывода для этих языков. Типичные примитивы языков дополнительно включают:
- конструкции для агрегирования, множественных иерархий классов, правил вывода, аксиом;
- различные формы модуляризации для записи онтологий и взаимоотношений между ними;
- возможность мета-описания онтологии, что полезно при установлении отношений между различными видами онтологий. Сегодня некоторые из таких языков приобрели большую популярность и широко применяются (в частности для описания информационных ресурсов и сервисов Интернет).
Язык RDF. В рамках проекта семантической интерпретации информационных ресурсов Интернет (Semantic Web) был предложен стандарт описания метаданных о документе Resource Description Framework, использующий XML-синтаксис.
|
|
|
RDF использует базовую модель данных «объект — атрибут — значение» и способен сыграть роль универсального языка описания семантики ресурсов и взаимосвязей между ними. Ресурсы описываются в виде ориентированного размеченного графа — каждый ресурс может иметь свойства, которые в свою очередь также могут быть ресурсами или их коллекциями. Все словари RDF используют базовую структуру, описывающую классы ресурсов и типы связей между ними. Это позволяет использовать разнородные децентрализованные словари, созданные для машинной обработки по разным принципам и методам. Важной особенностью стандарта является расширяемость: можно задать структуру описания источника, используя и расширяя такие встроенные понятия RDF-схем, как классы, свойства, типы, коллекции. Модель схемы RDF включает наследование классов и свойств.
RDF уже получил поддержку многих ведущих производителей ПО. Разработан ряд программных продуктов, позволяющих создавать RDF-описания для разного рода систем. Предполагаются возможности интеграции существующих хранилищ информации в общую базу семантического описания и интеграции концепции RDF-базы с форматом MPEG. RDF Schema — стандарт, предложенный по инициативе W3C для представления онтологических знаний. Он специфицирует множество всевозможных допустимых схем данных. Модели предметных областей описываются посредством ресурсов, свойств и их значений. RDFS предоставляет хорошие базовые возможности для описания словарей типов предметных областей. Одно из ограничений — невозможность с помощью RDFS выразить аксиоматические знания, т. е. задать аксиомы и правила вывода, построенные на них.
DAML+OIL — семантический язык разметки Web-ресурсов, расширяющий стандарты RDF и RDF Schema за счет более полных примитивов моделирования. Последняя версия DAML+OIL обеспечивает богатый набор конструкций для создания онтологии и разметки информации таким образом, чтобы их могла читать и понимать машина.
|
|
|
Первыми предложениями по описанию онтологии на базе RDFS были DARPA DAML-ONT (DARPA Agent Markup Language) и European Commission OIL (Ontology Inference Layer). Эти стандарты спецификации и обмена онтологиями были разработаны для поддержки процесса обмена знаниями и интеграции знаний. На базе этих предложений и возникло совместное решение DAML+OIL. Онтология DAML+OIL состоит из: заголовков (headers); элементов классов (class elements); элементов свойств (property elements); экземпляров (instances).
OWL (Web Ontology Language) — язык представления онтологий, расширяющий возможности XML, RDF, RDF Schema и DAML+OIL. Этот проект предусматривает создание мощного механизма семантического анализа. Планируется, что в нем будут устранены ограничения конструкций DAML+OIL.
Онтологии OWL — это последовательности аксиом и фактов, а также ссылок на другие онтологии. Они содержат компоненту для записи авторства и другой подробной информации, являются документами Web, на них можно ссылаться через URI.
В упоминавшемся уже проекте Semantic Web «машинная обработка смысла» контента будет сделана максимально четкой при помощи пометки документов указателем «с полным смыслом» на основе использования онтологических терминов. Таким образом, онтологии рассматриваются как ключевая технология для использования в Semantic Web (рис. 1).
Онтологии играют важную роль в организации обработки знаний на основе Web, а также для их совместного использования. Онтологии, определяемые как совместно используемые формальные концепции конкретных предметных областей, дают общее представление о темах, информацией о которых могут обмениваться и люди, и приложения. Онтологии отличаются от XML-схем тем, что это представления знаний, а не форматы сообщений (большинство Web-стандартов состоят из комбинации форматов сообщений и спецификаций протоколов).
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ ОНТОЛОГИЙ
Одним из достоинств онтологии является наличие для них инструментального ПО, обеспечивающего общую доменно-независимую поддержку онтологического анализа. Существует целый ряд инструментов для онтологического анализа, поддерживающих редактирование, визуализацию, документирование, импорт и экспорт онтологий разных форматов, их представление, объединение, сравнение.
|
|
|
Редакторы
Ontolingua. Кроме собственно редактора онтологии, эта система содержит сетевой компонент Webster, предназначенный для определения концептов, сервер, обеспечивающий доступ к онтологиям Ontolingua по протоколу OKBC (Open Knowledge Base Connectivity), и Chimaera — инструментарий для анализа и объединения онтологий.
Protégé — свободно распространяемая Java-программа, предназначенная для построения (создания, редактирования и просмотра) онтологий той или иной прикладной области. Она включает редактор онтологии, позволяющий проектировать онтологии, разворачивая иерархическую структуру абстрактных и конкретных классов и слотов. На основе сформированной онтологии Protégé позволяет генерировать формы получения знаний для введения экземпляров классов и подклассов.
Инструмент поддерживает использование языка OWL и позволяет генерировать html-документы, отображающие структуру онтологий. Поскольку он использует фреймовую модель представления знаний ОКВС, это позволяет адаптировать его и для редактирования моделей ПрО, представленных не в OWL, а в других форматах (UML, XML, SHOE, DAML+OIL, RDF и RDFS и т. п.).
DOE — простой редактор, который позволяет пользователю создавать онтологии. Процесс спецификации онтологии состоит из трех этапов.
На первом этапе пользователь строит таксономию понятий и отношений, явным образом очерчивая позицию каждого элемента (понятие) в иерархии. Затем пользователь указывает, в чем специфика понятия относительно его «родителя», и в чем это понятие подобно или отлично от его «братьев». Пользователь может также прибавить синонимы и энциклопедическое определение на нескольких языках для всех понятий.
На втором этапе две таксономии рассматриваются с разных точек зрения. Пользователь может расширить их новыми объектами или добавить ограничения на области отношений.
На третьем этапе онтология может быть переведена на язык представления знаний.
OntoEdit — инструментальное средство, обеспечивающее просмотр, проверку и модификацию онтологии. Оно поддерживает языки представления онтологии OIL и RDFS, а также внутренний язык представления знаний OXML, основанный на XML. Как и Protégé, это автономное Java-приложение, но его коды закрыты. Свободно распространяемая версия OntoEdit Free ограничена 50 концептами, 50 отношениями и 50 экземплярами.
OilEd -автономный графический редактор онтологии, разработанный в рамках проекта Оп-То-Knowledge. Он свободно распространяется по общедоступной лицензии GPL. Инструмент использует для представления онтологий язык OIL. В OilEd отсутствует поддержка экземпляров классов.
|
|
|
WebOnto разработан для просмотра, создания и редактирования онтологий. Для моделирования онтологий он использует язык OCML (Operational Conceptual Modeling Language). Пользователь может создавать различные структуры, в том числе классы со множественным наследованием. Инструмент имеет ряд полезных особенностей: просмотр отношений, классов и правил, возможна совместная работа над онтологией нескольких пользователей.
ODE (Ontological Design Environment) взаимодействует с пользователями на концептуальном уровне, обеспечивает их набором таблиц для заполнения (концептов, атрибутов, отношений) и автоматически генерирует код на языках LOOM, Ontolingua и FLogic. Инструмент получил свое развитие в WebODE, который интегрирует все сервисы ODE в единую архитектуру, сохраняя свои онтологии в реляционной БД.
|
|
|
